Teknik PCB - Rancangan PCB sirkuit frekuensi tinggi

Komponen sedang berkembang dalam arah kelajuan tinggi, konsumsi rendah, saiz kecil dan anti-gangguan tinggi. Tenderasi pembangunan ini mengajukan kebutuhan baru untuk desain papan sirkuit dicetak. Rancangan PCB adalah tahap penting dalam rancangan produk elektronik. Selepas diagram skematik elektrik telah dirancang, beberapa papan fungsi ditentukan mengikut keperluan struktur dan mengikut bahagian fungsi, dan dimensi luar dan kaedah pemasangan setiap papan fungsi PCB mesti ditentukan pada masa yang sama. Pertimbangkan kenyamanan penyahpepijatan dan penyelamatan, serta faktor seperti perisai, penyebaran panas, dan prestasi EMI. jurutera diperlukan untuk menentukan rancangan bentangan dan kabel, menentukan perincian sirkuit kunci dan garis isyarat dan kaedah kabel, serta prinsip kabel yang patut diikuti. Beberapa tahap proses reka PCB mesti diperiksa, dianalisis, dan diubahsuai. Selepas semua kawat selesai, ia boleh melalui pemeriksaan peraturan yang meliputi sebelum ia boleh diproses.

1. Perkenalan

2. Projek PCB kelajuan tinggi

Dalam teknik produk, rekaan PCB mempunyai kedudukan yang sangat penting, terutama dalam rekaan elektrik frekuensi tinggi. Ada beberapa peraturan umum, dan peraturan ini akan dianggap sebagai panduan umum. Aplikasi prinsip reka PCB dan teknik sirkuit frekuensi tinggi kepada reka boleh meningkatkan kadar kejayaan reka.

(1) Prinsip desain wayar bagi PCB sirkuit kelajuan tinggi

1. Untuk mengurangi penggemar logik, lebih baik untuk membawa hanya satu muatan.

2. Menghindari penggunaan melalui lubang sebanyak yang mungkin diantara output dan hujung penerimaan garis isyarat kelajuan tinggi, dan mengelakkan salib corak pin. Terutama garis isyarat jam memerlukan perhatian khusus.

3. Garis isyarat lapisan sebelah atas dan bawah sepatutnya bertentangan satu sama lain untuk menghindari berputar pada sudut kanan.

4. Penegang muatan pembatasan selari sepatutnya hampir mungkin ke hujung penerima.

5. Untuk memastikan refleksi minimum, panjang semua baris terbuka (atau baris tanpa penghentian yang sepadan) mesti memenuhi formula berikut:

Panjang laluan terbuka-terbuka (inci)

trise--Signal rise time (ns)

tpd--Lengahan penyebaran baris (0.188ns/in--menurut ciri-ciri garis garis jalur).

Masa naik biasa bagi beberapa sirkuit logik kelajuan tinggi:

6. Apabila panjang sirkuit terbuka melebihi nilai yang diperlukan oleh formula di atas, patut digunakan penangkap pemadam siri, dan penangkap pemadam siri patut disambung dengan pin output sebanyak mungkin.

7. Pastikan litar analog dan litar digital terpisah. AGND dan DGND mesti disambung bersama-sama melalui induktor atau kacang magnetik, dan seharusnya sebanyak mungkin dengan penukar A/D.

8. Pastikan pemisahan bekalan kuasa yang cukup.

9. Lebih baik menggunakan resistor dan kondensator.

(2) Bypass dan pemisahan

1. Sebelum memilih kondensator penyahpautan, pertama kali kira keperluan frekuensi resonan untuk penapis aliran frekuensi tinggi.

2. Di atas frekuensi resonan diri, kondensator akan menjadi induktif dan kehilangan kapasitas pemisahan. Perlu dicatat bahawa beberapa sirkuit logik mempunyai tenaga spektral yang lebih tinggi daripada frekuensi resonan kondensator biasa.

3. Frekuensi resonan bekas sendiri dipanggil frekuensi resonan diri. Jika anda ingin menapis keluar frekuensi tinggi

4. Perlu menghitung nilai kapasitasi yang diperlukan berdasarkan tenaga RF yang ada dalam sirkuit, masa naik sirkuit tukar, dan julat frekuensi perhatian istimewa. Jangan gunakan tekaan atau gunakannya mengikut penggunaan biasa sebelumnya.

5. Kira frekuensi resonan pesawat tanah dan kuasa. Kondensator pemisahan yang dibina dengan dua pesawat ini boleh mencapai keuntungan terbesar.

6. Untuk komponen kelajuan tinggi dan kawasan dengan tenaga lebar jalur RF yang banyak, kondensator berbilang patut digunakan secara paralel untuk membuang tenaga RF dengan lebar jalur yang besar. Ia juga perlu dicatat bahawa apabila kapasitor besar menjadi induktif pada frekuensi tinggi, kapasitor kecil tetap kapasitif. Pada frekuensi tertentu, ia akan membentuk sirkuit resonan LC, yang mengakibatkan impedance tak terbatas, sehingga sepenuhnya kehilangan fungsi bypass. Jika ini berlaku, ia lebih berkesan untuk menggunakan kondensator tunggal.

7. Tetapkan kondensator selari pada sisi semua sambungan input kuasa pada papan sirkuit dan pins kuasa komponen yang masa naik lebih cepat daripada 3ns.

8. Pada arah diagonal terminal input kuasa PCB dan kunci, kondensator yang cukup besar patut digunakan untuk memastikan perubahan semasa yang dijana bila sirkuit ditukar. Pertimbangan yang sama patut diberikan kepada kapasitor pemisahan sirkuit lain. Semakin besar semasa operasi, semakin besar kapasitasi yang diperlukan. Untuk mengurangi tekanan dan arus, meningkatkan kestabilan sistem. Oleh itu, kapasitor pemisah bahu dua peran pemisah dan roda bebas.

9. Jika terlalu banyak kondensator penyahpautan digunakan, sejumlah besar arus akan dilukis dari bekalan kuasa apabila ia menyala. Oleh itu, kumpulan kondensator besar patut ditempatkan pada output bekalan kuasa untuk menyediakan sejumlah besar arus.

(3) Pengubahan dan persamaan kesan

1. Dalam sirkuit frekuensi rendah, konsep persamaan adalah sangat penting (membuat impedance muatan sama dengan resistensi dalaman sumber kegembiraan). Dalam sirkuit frekuensi tinggi, persamaan terminal garis isyarat lebih penting:

Di satu sisi, ZL=Zc diperlukan untuk memastikan tiada gelombang berdiri sepanjang garis; di sisi lain, untuk mendapatkan kuasa maksimum, diperlukan penghujung input garis isyarat dan sumber kegembiraan sepatutnya dikongjugasi. Oleh itu, persamaan mempunyai kesan langsung pada prestasi kerja sirkuit microwave. Nampak:

Jika terminal tidak sepadan, refleksi dan gelombang berdiri akan berlaku pada garis isyarat, yang mengakibatkan jatuh kuasa muatan (gelombang berdiri kuasa tinggi juga akan menyebabkan percikan pada antinod).

Kerana ada gelombang yang terrefleks, ia akan mempunyai kesan negatif pada sumber kegembiraan, yang menyebabkan peningkatan kestabilan frekuensi operasi dan kuasa output.

Bagaimanapun, dalam praktik, impedance beban yang diberikan dan impedance karakteristik garis isyarat tidak perlu sama, dan impedance garis isyarat dan sumber kegembiraan tidak perlu berkongjugasi, jadi perlu memahami dan menggunakan teknologi yang sepadan impedance.

Penukar impedance 2. λ/4

Apabila panjang garis isyarat L=λ/4, iaitu, βL=ϣ/2, kita boleh dapatkan: Zin=Zc2/ZL

Formula di atas menunjukkan bahawa selepas garis transmisi λ/4PCB diubah, impedance akan berubah secara signifikan. Ia boleh diketahui bahawa bila ZL tidak sepadan, konfigurasi semula garis penghantaran PCB boleh digunakan untuk mencapai tujuan sepadan. Untuk dua garis penghantaran PCB dengan impedance karakteristik Z'c dan Z'c, garis penghantaran PCB boleh disambung untuk mencapai tujuan untuk sepadan Z'c dan Z'c.

Perlu dicatat bahawa frekuensi operasi penukar impedance λ/4 selepas sepadan dua garis penghantaran PCB dengan impedance berbeza sangat sempit.

3. Gelang singkat sepadan sirkuit pendek

Pencegahan garis penghantaran PCB boleh diubah dengan menyambung garis sirkuit pendek dengan struktur yang betul pada kedudukan yang sesuai garis penghantaran PCB untuk mencapai tujuan yang sepadan.

(4) Lapisan PCB

Sirkuit frekuensi tinggi cenderung mempunyai integrasi yang lebih tinggi dan densiti kabel yang lebih tinggi. Penggunaan papan berbilang lapisan tidak hanya diperlukan untuk kawat, tetapi juga cara yang efektif untuk mengurangi gangguan. Pilihan yang masuk akal bagi bilangan lapisan boleh mengurangkan saiz papan dicetak. Ia boleh membuat penggunaan penuh lapisan antarabangnya untuk menetapkan perisai, yang boleh disedari lebih baik. Tanah dekat boleh mengurangi indunan parasit, boleh mengurangi panjang transmisi isyarat, boleh mengurangi gangguan salib antara isyarat, dll. Semua ini berguna untuk operasi yang boleh dipercayai sirkuit frekuensi tinggi. Terdapat data yang menunjukkan bahan bahan yang sama lebih baik daripada papan empat lapisan. Bunyi panel ganda 20 dB lebih rendah, tetapi semakin tinggi bilangan lapisan, semakin rumit proses penghasilan dan semakin tinggi kos.

(5) Isolasi kuasa dan pemisahan wayar tanah

Kawalan sirkuit dengan fungsi berbeza atau keperluan berbeza sering memerlukan pengasingan kuasa dan pendaratan. Contohnya, sirkuit analog dan sirkuit digital, sirkuit isyarat lemah dan sirkuit isyarat kuat, sirkuit sensitif (PLL, pemicu rendah-jitter, dll.) dan sirkuit lain patut minimumkan gangguan antara satu sama lain supaya sirkuit boleh memenuhi spesifikasi yang dijangka.

Keperlukan asas:

1. Lapisan kuasa atau lapisan tanah di kawasan-kawasan berbeza patut disambung bersama-sama di pintu masuk kuasa, biasanya struktur berbentuk pokok atau struktur berbentuk jari, dan kaedah pembahagian garis tanah sirkuit fungsi berbeza, ruang pembahagian dan pinggir papan tidak boleh kurang dari 2 mm.

2. Jenis berbeza kawasan kuasa dan kawasan tanah tidak boleh saling saling

3. Trenches dan jambatan. Kerana pembahagian pesawat tanah, gelung penghantaran isyarat antara berbeza sirkuit fungsional sering berhenti. Untuk memastikan sambungan isyarat, kuasa dan tanah, selain penggunaan izolasi pengubah (tidak dapat menghantar isyarat DC), izolasi optokoupler (Selain sukar untuk menghantar frekuensi tinggi), kaedah jembatan biasanya digunakan. "Jembatan" sebenarnya adalah ruang di pokok, dan hanya ada satu tempat. Garis isyarat, bekalan kuasa dan tanah semua menyeberangi lubang dari sini seperti yang dipaparkan dalam figur. Apabila menggunakan kaedah ini, jika ia adalah sistem pendaratan berbilang-titik (semua rancangan kelajuan tinggi), lebih baik untuk menyambungkan kedua-dua sisi jambatan ke tanah chassis.

3. Kesimpulan

Dalam teknik produk, rekaan PCB mempunyai kedudukan yang sangat penting, terutama dalam rekaan elektrik frekuensi tinggi. Rancangan prinsip yang sama, komponen yang sama, dan PCB yang dihasilkan oleh orang berbeza mempunyai keputusan yang berbeza. Ada banyak perkara yang berfungsi pada prinsip tetapi sukar untuk dicapai dalam jurutera, atau perkara yang lain boleh mencapai, yang lain tidak boleh mencapai. Oleh itu, ia tidak sukar untuk membuat papan PCB, tetapi ia tidak mudah untuk membuat papan PCB. Perkara.